胃肠道粘膜给药系统及其质量评价

广东药学院学报 2000年第1期第16卷 综述

作者：李晓芳　金描真

单位：广东药学院药剂学教研室, 广东广州510224

关键词：胃肠道粘膜给药系统；粘膜粘附；质量评价

　　摘　要　介绍胃肠道粘膜给药系统的粘附机理、设计以及粘膜粘附的体内外质量评价方法。这一新型给药系统对改善口服缓控释系统的胃肠道滞留时间及提高其生物利用度具有较广阔的发展前景, 对该系统进行质量评价的内容与方法还需不断发展与完善。

　　中图号　R944.9　文献标识码:A　文章编号:1006-8783(2000)01-0051-03

　　口服缓控释系统在过去几十年中得到了较大发展，但直至八十年代初才开始重视研究胃肠道生理因素对该系统药物吸收的影响。口服缓控释系统在胃肠道的转运过程对其体内释药行为及药物吸收效应起关键性作用。对于胃肠道内吸收窗较窄的药物，如果该释药系统受胃肠道运动的限制不能在吸收部位滞留足够长的时间，使药物全部释放，则药物可能由于吸收不完全而造成生物利用度偏低，影响疗效。延长释药体系在胃肠道滞留时间是改善此类药物吸收的有效手段。目前用于延长药物在胃肠道转运时间的技术方法主要有胃内漂浮型给药系统和胃肠道粘膜给药系统。胃肠道粘膜给药系统属于粘膜给药的生物粘附制剂的一种，这类给药系统是利用某些材料与生物粘液或粘膜上皮细胞发生相互作用而产生的粘着能力，将药物与适宜载体制成制剂通过人体一些粘膜部位给药吸收。目前该类给药系统已用于口腔、鼻腔、胃肠道等特定区段，发挥局部或全身治疗作用。胃肠道粘膜给药系统的研究与应用将使口服缓控释系统在吸收部位滞留时间延长，改善吸收窗窄的药物的生物利用度问题。本文主要就胃肠道粘膜给药系统的设计及目前应用的一些有关粘膜粘附性能的体内外评价方法进行了简要概括。

　　1　粘膜粘附机理

　　生物粘附的实现需要生物粘附材料与粘液及粘膜上皮细胞间建立紧密的分子接触。关于生物粘附的作用机理有以下几种解释^［1、2］：①机械结合， 即生物粘附剂进入粘液/组织的间隙而不能逆向脱出，产生非化学键结合的机械结合。粘附材料溶于粘液之后才能透入空隙，空隙数量及组织流体特性是影响结合强度的主要因素。②共价化学键结合，生物粘附材料中的某些功能团与细胞表面发生化学反应而产生共价化学键结合。这类作用强度高，时间持久。③多种不同作用力的总和，即认为粘附是由静电吸引力、范德华力、氢键或疏水键作用的总和而产生的，其中色散力、氢键力和疏水键被认为是较主要的作用力。胃肠道粘膜给药系统主要是通过粘附聚合物与粘液接触发生水化与溶胀，继而与粘液分子之间产生相互渗透与结合而实现粘膜粘附。粘附过程的顺利进行及粘附强度与粘液性质、聚合物本身溶胀性、交联聚合程度、分子链扩散性及生物相容性等密切相关。

　　2　胃肠道粘膜给药系统的设计

　　2.1　水凝胶型高分子材料实现粘膜粘附

　　2.1.1　粘附材料的选用

　　具有粘膜粘附性能的聚合物多是一些水凝胶型高分子材料，这与粘液组成中绝大部分是水有关。聚合物需发生水化、溶胀，分子链扩展才能渗透到组织间隙产生粘附作用，但聚合物的过度水化或溶胀将导致流动性太强而使粘附强度降低。很多对水凝胶型高分子材料的生物粘附性能研究结果认为阴离子型聚合物具有较好的粘附性能，尤其是丙烯酸类聚合物，如卡波姆（carbopol 934p)、聚羧基乙烯季戊四醇酯（polycarbophil)等。羟丙基甲基纤维素（HPMC）、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、甲基纤维素（MC）、果胶、羟丙基甲基丙烯酸酯等也有用于胃肠道粘膜粘附制剂的研究^［3,4］。有报道认为水不溶性聚合物的粘附性能要优于水溶性聚合物，可避免出现由于材料过度溶胀而导致的粘附强度下降^［5］。Polycarbophil是目前研究较多的粘附材料，被认为是胃肠道粘膜给药系统载体的较佳选择。

　　2.1.2　剂型设计

　　目前用于口腔、鼻腔等部位的粘膜给药制剂的剂型有片剂、软膏剂、粉剂等，胃肠道粘膜给药系统与这些粘膜粘附制剂不同，是与处在动态环境中的胃肠道粘膜相粘着，要求有更强的粘附性能。该给药系统的重量、体积及粘附面积大小是影响粘附效果的重要因素。单元剂型（如片剂）体积偏大，表面积相对较小，即使给药后能实现粘附，在进食状态及胃肠道转运过程中也会由于粘附强度不够而易与粘膜脱离，同时药物集中于局部释放，有可能造成局部高浓度或对胃肠壁的刺激作用。目前对胃肠道粘膜给药系统趋于设计成多单元剂型（如微球、毫微粒等），具有体积小、分散面积大的特点、改善了单元剂型的不足，可在胃肠道内实现持续粘附^［6］。粘膜粘附毫微球(毫微粒)的制备方法主要有两种，一是制备好的微球外用粘附聚合物包衣^［7，8］，另一种方法是将粘附聚合物分散于微球载体中得到聚合物分散微球^［7］。Yahko等制备了含carbopol 934p(cp）的脂肪酸聚甘油酯微球，小鼠体内试验均表现出较强的生物粘附性能，胃空时间、胃肠转运时间均较非粘附微球延长。实验表明，cp-分散微球的体内粘附性能要优于cp-包衣微球，5 h后，89.6%的微球仍残留于胃及小肠段。这可能由于粘附材料分散于微球之中，溶胀后与粘膜发生粘附作用的同时与微球仍具有较强亲和性，而cp-分散微球仅在微球表面形成凝胶层，胃肠道转运过程中易与粘膜脱离^［7］。

　　Tobyn实验小组利用猪粘膜通过体外粘附实验考察了影响水凝胶聚合物生物粘附的各种因素，认为体外实验条件（如实验介质pH、离子强度、仪器参数设置）、聚合物的物理性能（分子量、交联状态、离子化程度）以及制剂辅料（润滑剂、稀释剂）、附加剂（表面活性剂、盐类）对聚合物的粘附性能及实验结果有一定影响^［9～11］。

　　2.2　靶向粘附

　　胃及十二指肠前段的粘膜粘液中粘蛋白含量为70～80%，寡糖侧链通过O-配糖键与聚肽链骨架上的丝氨酸及苏氨酸结合。这些侧链主要由N-乙酰半乳糖胺、N-乙酰葡萄糖胺、岩藻糖、半乳糖、唾液酸等五种糖基组成，可与外源凝集素如番茄凝集素（TL）、支原菌属凝集素（ML）、天门冬属凝集素（AL）发生特异结合。利用这一特异性可通过适宜载体设计实现靶向粘附的胃肠道粘膜给药系统，通过载体携带外源凝集素或携带糖基这两种方式，可分别与胃肠道特定部位的粘蛋白及外源凝集素结合，实现粘膜粘附^{［12～14］}。这种特异性粘附较水凝胶型高分子材料不易受胃肠道运动及生理条件变化的影响。Irache^［12］等制备了前述TL、 ML、AL 3种外源凝集素-聚苯乙烯胶乳结合物作为专属粘附结合系统，体外实验证实猪胃粘蛋白(PGM)与3种结合体之间有明显相互作用,其结合速率常数大小顺序为ML＞AL＞TL。这可能由于与各种外源凝集素发生特异结合的糖基处于粘蛋白寡糖侧链的不同空间位置而影响了结合速度。游离糖基对结合反应的抑制作用也证实了3种凝集素分别与唾液酸、岩藻糖、N-乙酰葡萄糖胺的专属特异结合。随着对外源凝集素介导的胃肠道粘膜给药系统的进一步深入研究，将为实现胃肠道特异部位粘膜给药提供更为有效的途径。

　　3　胃肠道粘膜粘附体外评价方法

　　3.1　粘附强度测定

　　常规的方法多是测定从粘膜上移开粘附聚合物或粘膜释药系统所需的重量或力度,即剪切力、剥离力、张力来破坏聚合物与粘膜之间的粘附作用。Lehr等^［8］用改良的Du -Nouy张力计测定生物粘附微球的体外粘附强度，从张力计读出聚合物膜与粘膜完全分开时的拉力即为粘附强度大小。此种方法可定量测得聚合物的粘附性能，但不能直观了解释药系统的粘附情况。

　　3.2　体外灌注实验

　　取实验动物的胃肠道片段，进行漂洗处理后固定于支架上，将待测的粘膜给药系统(微球或毫微粒)均匀置于粘膜上，利用蠕动泵将缓冲液以一定速度冲洗粘膜，收集洗脱液，干燥后称重可测得滞留于粘膜上的微球(毫微粒)百分数，从而判断释药系统的粘膜粘附性能。Rao等^［4］用此法测定不同聚合物包衣的药物粒子的粘附性能，结果以polycarbophil及CMC-Na为粘附材料的释药系统粘附性能要优于HPMC、MC及果胶，各聚合物在胃粘膜粘附性能均强于小肠粘膜。Irache等提出了浊度计法测定洗脱液中粒子浓度，其原理是基于当粒子直径接近入射光波长时，溶液浊度（Γ）与粒径（D）及混悬液中粒子数（N）有关系式Γ=πKD2N/4成立，常数K为粒子对波长的相对粒径（α）及粒子折射率（m）的函数。利用该法测定粒径为100～1000 nm的聚苯乙烯胶乳混悬液浓度与重量分析法结果有较好的相关性^［15］。

　　此外，还发展了傅立叶转换红外光谱/衰减全反射法（FTIR/ATR）直接测定粘附于粘膜上的粒子数。对聚苯乙烯毫微粒于小鼠小肠粘膜上残留数量的测定结果与浊度法也呈现较好的相关性^［16］。

　　4　胃肠道粘膜粘附体内评价方法

　　4.1 在体灌注实验

　　以小鼠为实验动物设计在体小肠灌注模型，分离出6～8 cm小肠段，两端分别由从腹壁插入的套管连接实现灌流。定时收集馏出组份，从其中的微球（毫微粒）数可以测得粘附系统小肠滞留时间，从而评价其体内粘附性能。该法介于体外实验与体内实验之间，可较直接反映粘膜粘附情况。Lehr等^［8］用此模型考察了不同聚合物包衣的2-羟乙基甲基丙烯酸酯（PHEMA）微球的粘附性能，小肠滞留时间表明Polycarbophil包衣微球的粘膜粘附强度要高于Carbopol 941包衣微球。

　　4.2　胃肠道转运研究

　　给予实验动物一定量的待测释药系统，一定时间后将动物处死，取出胃肠段，测定各段上残留的微球（毫微粒）的百分数，或通过提取测定各段残留的药物含量，由此考察粘膜给药系统胃肠道转运状况，对其体内粘附情况作出评价。Yahako等^［7］提出了粘膜粘附微球的胃肠道转运模型，求算微球的胃空速率及胃肠道各段转运时间，以小鼠为实验动物的研究表明计算机程序拟合的结果与实测结果较为一致，相关性较好，该模型可能适于预测粘膜给药系统体内转运情况。

　　4.3　γ-闪烁照相法^{［17～18］}

　　该技术用于制剂体内过程研究始于1976年，目前已成为研究制剂在胃肠道转运的最为普遍的方法，与常规药动学结合为研究药物在胃肠道的转运与吸收的相关性提供了可靠手段。其原理为同位素成像术，从同位素标记的释药系统中发出的γ-射线被γ-摄像仪经光电转换后成像。用^99mTc标记应用最广, 其次有¹¹¹In、¹¹³In等。应用稳定同位素及中子活化法可克服放射性同位素的发射性污染等问题，减低了辐射能，对复杂系统标记简单，效果较佳。γ-闪烁照相技术用于胃肠道粘膜给药系统体内粘附性能评价，通过成像分析可以直观得出体内滞留情况，快速准确，对受试者无损害作用。但由于同位素本身的物理性质、仪器设备及放射性物质在受试者体内与制剂结合程度的影响，该法研究药物胃肠道转运也存在自身的不足。

　　4.4　人体药动学研究

　　这是间接评价胃肠道粘膜给药系统体内粘附能力及胃肠道滞留时间的方法。受试者口服释药系统后,测定不同时间血浆药物浓度或尿药排泄量，求算出药动学参数及生物利用度。通过比较粘附制剂和非粘附制剂的药动学参数（AUC，Cmax，Tpeak, MRT等）可以间接证实粘膜粘附制剂的体内粘附能力，以及对普通口服缓、控释制剂胃肠道滞留时间的延长作用，同时可以直接得出胃肠道吸收窗窄的药物的生物利用度的改善情况，对该释药系统的作用有了最终的评价。Akiyama等^［19］给予10名健康受试者口服速尿、核黄素粘附/非粘附微球，测得速尿粘附微球的AUC比非粘附微球高1.8倍；核黄素粘附微球的尿药回收率为非粘附微球的2.4倍。表明粘膜粘附制剂能在人体实现胃肠道粘膜粘附，并且延长胃肠道滞留时间，提高吸收窗窄药物的吸收程度和生物利用度。

　　5　结语

　　粘膜给药系统近年来得到了迅速发展，对于延长口服缓控释系统胃肠道吸收部位滞留时间的胃肠道粘膜给药系统的研究也日益增多。胃肠道粘膜所处的生理环境与其它部位粘膜有所不同，生理pH、粘液层的更新是影响粘附性能的重要因素。对该系统的质量评价还处在不断完善与发展之中。随着对粘附聚合物性质、胃肠道生理机制及给药系统设计的深入研究，相信粘膜给药系统在口服缓控释系统领域将具有广阔的发展前景。

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(收稿日期　1999-10-26)